Система органічного світу

Рассматривая мир живых организ­мов, населяющих Землю, можно убе­диться, что он представляет собой две иерархические системы: таксономиче­скую и геобиологическую.

Изучение органического мира как таксономической системы — задача биологической систематики, опираю­щейся на всестороннее познание орга­низмов и систематических групп (таксонов). Представ­ление этой системы в историческом, эволюционном пла­не (а именно при этом она и может быть вполне поня­та) требует, чтобы систематика использовала данные палеонтологии, эмбриологии, эволюционной морфологии и физиологии. Наиболее общие теоретические выводы этой группы биологических наук представлены здесь в законе единства и многообразия жизни, или законе Сент-Илера.

Исследование органического мира как геобиологиче­ской системы — задача наук геобиологического комп­лекса, в который входят биогеография, биологическое почвоведение, гидробиология, биогеоценология, биогео­химия. Обобщение основных выводов этих наук содер­жится в законе глобальности жизни, или первом законе Вернадского.

Указанные две иерархические системы (таксономиче­ская и геобиологическая) так или иначе взаимосвязаны на многих уровнях и смыкаются на уровне видовых по­пуляций. Этот уровень организации живого принадле­жит как к той, так и к другой из указанных систем. По­этому объединение двух названных законов в общие рамки отражает реальные взаимосвязи, анализ которых может составить содержание специальных исследований.

После этих кратких замечаний мы переходим непо­средственно к рассмотрению законов, составляющих ос­новное содержание данного раздела. Рассмотрение каж­дого закона начинается с его тезисной формулировки, После чего будут приведены необходимые разъяснения и, комментарии. Этот порядок изложения принят и в по­следующих разделах.

ЗАКОН ЕДИНСТВА И МНОГООБРАЗИЯ ЖИЗНИ, ИЛИ ЗАКОН СЕНТ-ИЛЕРА

1. Жизнь на Земле представлена огромным мно­гообразием органических форм различной степени сложности — от вирусов до человека. Все это мно­гообразие формирует естественную таксономичес­кую систему, состоящую изиерархическихгрупп — таксонов различного ранга.
2. Единство органических форм проявляется в пределах каждой таксономической группы любого ранга и живого мира в целом соответствующими чертами сходства их организации.
3. Сходство строения и функций разных органи­ческих форм обусловлено общностью их происхож­дения(гомология),параллелизмом адаптивной (приспособительной) эволюции в сходных условиях среды (аналогия), а также действием номогенетического (греч. «номос» — закон) компонента эво­люции (помология), определяющего закономерный характер распространения среди живых форм при­знаков, не связанных с адаптациями и с единством происхождения. Соотношение этих факторов в раз­ных конкретных случаях сходства может быть раз­личным, вплоть до нулевого значения того или ино­го из них.
4. В многообразии органических форм отража­ется историческая последовательность их возникно­вения и развития от простого ксложному, многооб­разие условий эволюции, ее дивергентный (расхо­дящийся) и адаптивный (приспособительный) ха­рактер, разнонаправленность мутационного процес­са.

Отдельное растение рассматривается в систематике как принадлежащее к ряду таксонов последовательна соподчиненных рангов, среди которых основной — вид. Главные ранги ботанических таксонов в восходящем по­рядке следующие: вид, род, семейство, порядок, класс, отдел, царство.Внутри вида могут быть выделены геог­рафические подвиды, морфологические разновидности, экотипы, у культурных растений — сорта и т. п. В от­дельных случаях вводятся промежуточные таксоны, та­кие, например, как надсемейство, подкласс и т. п. Ана­логичным образом строится классификация животных, в которой отделу соответствует тип, порядку — отряд, я сорту — порода.

Иерархический принцип построения систем растении и животных последовательно применил Линней. Важ­ным этапом в дальнейшем развитии систематики было со­здание теории типов, благодаря которой в науку был введен этот таксон высокого ранга. Представление о ти­пе и единстве строения животных в пределах этого так­сона было выдвинуто Кювье, использовавшим собствен­ные наблюдения и результаты исследований Сент-Илера. Эмбриологическое обоснование представлений о ти­пе принадлежит К. М. Бэру. Заслуга Этьена Жоффруа Сент-Илера (1772—1844) состоит в том, что он первым выступил против установления метафизических перего­родок между типами и с эволюционных позиций подо­шел к пониманию единства и многообразия органичес­ких форм.

Конкретные фактические данные о единстве и много­образии органического мира в пределах царств живой природы содержатся в курсах ботаники, зоологии, микробиологии и вирусологии. Здесь же мы коснемся толь­ко систематики самих этих высших таксонов, т. е. царств живой природы, поскольку этот вопрос относится непо­средственно к общей биологии и обычно остается в тени.

Автор этих строк считает, что классификация биоло­гических царств должна опираться на структурно-мор­фологические критерии, и различает в связи с этим сле­дующие основные формы организации живой материи: 1) ацеллюлярную, 2) квазицеллюлярную, 3) протоцеллюлярную, 4) моноцеллюлярную, 5) полицеллюлярную (целлюла — клетка).

Ацеллюлярная (неклеточная) организация ха­рактерна для вирусов, их гипотетических аналогов, оби­тавших в первичном бульоне, а также коацерватных белковых капель, постулированных А. И. Опариным в его теории происхождения жизни. Эта смешанная груп­па биологических объектов составляет царство протобионтов.

Квазицеллюлярная (как бы клеточная) орга­низация характерна для микоплазм — мельчайших бак­терий, не имеющих оболочки. Подобная группа организ­мов могла возникнуть от различных протобионтов, об­разовавших в результате прогрессивной эволюции пере­ходное царство археобионтов. Естественную модель, а возможно, и реликт археобионтов представляет класс микоплазм.

Протоцеллюлярная (первичноклеточная) орга­низация присуща настоящим бактериям и характерна также для архебактерий и цианобактерий (сине-зеленых водорослей). Она возникла на основе археобионтов в ре­зультате образования у некоторых из них клеточной обо­лочки и увеличения размера клетки. Эта группа образу­ет царство протокариотов, или бактерий.

Надцарство эукариотов, характеризующееся моно- и полицеллюлярной (одно- и многоклеточной) ор­ганизацией, возникло в результате симбиотической эво­люции различных представителей протокариотов, кото­рая привела к образованию царства зоофитоидов, вклю­чающего низших эукариотов. Царства высших рас­тений и многоклеточных животных произошли от его различных подцарств.

Таким образом, предлагаемая нами гипотетическая схема охватывает все известные в науке формы органи­зации живой материи, связанные филогенетическим родством и представляющие единую систему последователь­ного усложнения структурно-морфологической организа­ции биологических объектов. Подробнее этот вопрос рас­смотрен в последнем разделе брошюры.

Существенным проявлением закона единства й мно­гообразия жизни следует считать некоторые особенности индивидуального развития организмов. Прежде всего такие, как сходство зародышей у представителей отда­ленных систематических групп и явление рекапитуля­ции, т. е. повторение в онтогенезе черт организации да­леких предков. Проявления сходства организации жи­вых форм, основанного на гомологии и аналогии, т. е. на единстве происхождения и на адаптивной эволюции в сходных условиях среды, детально исследованы на раз­личных представителях животного и растительного царств.

Параллелизм изменчивости был установлен в законе гомологических рядов Н. И. Вавиловым. Например, у разных видов пшеницы отмечаются такие сходные при­знаки, как наличие и отсутствие остей в колосе, его опущенность или неопущенность, белая и красная окраска зерна и т. п. В этих чертах сходства видов проявляется гомология их генетического аппарата. Гомология в так­сонах высокого уровня наблюдается, например, в сход­ных чертах расположения, строения и эмбрионального развития конечностей у животных различных классов позвоночных, в сходстве закладки и дифференциации зародышевых листков у животных различных типов.

Наглядный пример аналогии и аналогичной измен­чивости — черты внешнего сходства китообразных с ры­бами, возникшего вследствие эволюции тех и других в водной среде. В данном случае сходство обусловлено именно адаптацией, а не единством происхождения. Сходство в изменении зубного аппарата в процессе эво­люции парно- и непарнокопытных, исследованное В. О. Ковалевским, опирается одновременно на гомологию и аналогию.

Что же касается помологии, номологической измен­чивости, или номогенетического компонента эволюции, то это явление нередко отрицается. Нам представляется, однако, что многие таксономические признаки, особенно в низших царствах живой природы, обусловлены явле­ниями номологии, т. е. не связаны ни с единством происхождения, ни с адаптациями. К примерам номологии. по-видимому, следует отнести и такую фундаментальную особенность живого, как универсальность кода генетиче­ской информации.

Заканчивая на этом рассмотрение закона Сент-Иле-ра, отметим, что по сравнению с исходной идеей совре­менное содержание этого закона отличается более яс­ным истолкованием факторов, определивших единство и многообразие жизни. Анализом этих факторов зани­мается эволюционное учение. В этом выражается нераз­рывная связь закона Сент-Илера с законами биологи­ческой эволюции.

ЗАКОН ГЛОБАЛЬНОСТИ ЖИЗНИ, ИЛИ ПЕРВЫЙ ЗАКОН ВЕРНАДСКОГО

1. Благодаря способности живых форм к раз­множению и расселению жизнь на Земле распрост­ранена всюду, где есть условия для ее существова­ния. Органический мир образует тонкую планетар­ную оболочку биомассы живых организмов и среды их обитания —биосферу,обусловившую геологиче­скую историю земной коры, эволюцию растений, животных, микроорганизмов, появление и сущест­вование человека. Структура биосферы определяет­ся динамикой формирования и развития ее геобио­логических компонентов — биогеоценозов, природ­ных зон и ландшафтов, биогеографических облас­тей, растительных формаций.
2. Биосфера тесно взаимодействует с атмосфе­рой, гидросферой и литосферой, обусловливая их эволюцию, обеспечивая перемещение и круговорот веществ и энергии на планете.
3. Биологический круговорот веществ на Земле определяется взаимодействием растений, животных и микроорганизмов, глобальная роль которых обус­ловлена особенностями их отношений с окружаю­щей средой.
4. Зеленые растения обеспечивают наличие мо­лекулярного кислорода в атмосфере Земли и вы­полняют космическую роль как аккумуляторы све­товой энергии Солнца, осуществляя первичный био­синтез органических веществ на Земле. Растения — исходное звено трофических (пищевых) цепей ибиоценозах.
5. Биосферная роль животных, образующих на­ряду с другими биологическими компонентами эко­систем так называемые экологические пирамиды, связана главным образом с их участием в биогео­ценозах в качестве промежуточных и высших звеньев пищевых цепей, определяющих перемеще­ние веществ и энергии в биосфере. Твердыеостат­киископаемых животных входят в состав осадочных пород.
6. Глобальная роль микроорганизмов проявля­ется в таких процессах, как минерализация органи­ческих веществ, образование ряда горных пород, почвообразование, а также в патогенном действии на другие организмы.

Понимание жизни как глобального явления можно считать одним из исходных моментов ее теоретического осмысления. Однако вскрытие конкретных проявлений жизни в глобальном масштабе, выяснение роли отдель­ных групп организмов в формировании природных зом и ландшафтов, в геологическом развитии земной коры, в перемещении и круговороте веществ на нашей плане­те потребовало проведения длительных и углубленных исследований. В ходе этих исследований возникли и по­лучили развитие представления о биоценозах и экосис­темах различного уровня. Была разработана широкая концепция биосферы как определяющего фактора гео­логической истории Земли. Эта концепция, выдвинутая Владимиром Ивановичем Вернадским (1863—1945), — основное ядро закона глобальности жизни.

В глобальном масштабе биомасса нашей планеты очень невелика, составляет лишь 1/6 000 000 массы зем­ного шара. Однако по масштабам своего воздействия биомасса одна из самых могущественных геохимичес­ких сил планеты. Формирование и стабилизация газо­вого состава атмосферы — результат жизни. Химичес­кий состав гидросферы в значительной степени также обусловлен процессами жизнедеятельности организмов. Почва — продукт жизнедеятельности и область наивыс­шей активности живого вещества. Осадочные породы Земли — это биогенные породы, создания живого ве­щества. Гранитная оболочка Земли образовалась за счет переплавления осадочных пород. По Вернадскому, гра­ниты — это «былые биосферы». Органический мир охва­тывает своим влиянием всю химию земной коры, определяя геохимическую историю почти всех элементов Пе­риодической таблицы Д. И. Менделеева.

При посредстве организмов осуществляется также преобразование на поверхности планеты энергии сол­нечной радиации и ее накопление в форме химической энергии различных органических веществ. Суммарная годовая продукция фотосинтеза на Земле составляет 42—46 млрд. т органического углерода. Фотосинтезирующие организмы — зеленые растения и некоторые бакте­рии — осуществляют превращение неорганических ве­ществ — СО₂, Н₂О, соединений азота, фосфора, серы в органические вещества. Одновременно они вовлекают в биологический круговорот веществ многие другие эле­менты.

Группа зеленых растений по ее роли в биологическом круговороте получила название продуцентов органиче­ского вещества. Группа консументов (потребителей) ор­ганического вещества представлена в основном живот­ными. Наконец, третья группа организмов (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, другие микро­организмы) разрушает и минерализует органические ве­щества. Представителей этой группы называют редуцен­тами. Взаимодействие продуцентов, консументов и реду­центов определяет биологический, или биотический, кру­говорот веществ. В этом круговороте, во взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества на Земле состоит одно из важнейших проявлений жизни.

Биосфера подразделяется на природные зоны, а те, в свою очередь, на природные ландшафты. В пределах одного природного ландшафта имеется множество био­геоценозов, научные представления о которых разрабо­тал В. Н. Сукачев. Каждый биогеоценоз связан с опреде­ленным участком земной поверхности. Компонентами биогеоценоза являются определенные материальные те­ла: живые и косные. К живым компонентам относятся конкретные популяции продуцентов, консументов и ре­дуцентов, а к косным — атмосфера, вода, горная поро­да, почва, вернее, ее неживая часть. Связь между компо­нентами биогеоценоза покоится на обмене веществ и энергии между ними. Биогеоценоз представляет собой противоречивое и динамичное единство входящих в него компонентов.

Помимо компонентов, выделяют факторы биогеоценозов: климат, рельеф, время. Они не вносят в биогеоце­ноз ни веществ, ни энергии, но оказывают на него раз­ностороннее влияние. Смена (сукцессия) биогеоценозов может происходить в результате их саморазвития и под действием внешних факторов. В соответствии с характе­ром этих факторов различают климатогенные, геомор­фогенные, зоогенные и фитогенные сукцессии.

Далеко не всякая смена биогеоценозов сопровожда­ется возникновением новых видов. Новые биогеоценозы могут формироваться за счет существующих видов. Од­нако процессы эволюции живых форм, коль скоро они происходят, определяются эволюцией биосферы и ее со­ставныхгеобиологических элементов. В свою очередь, структура биосферы и конкретный характер ее элемен­тов зависят от биологической эволюции живых форм, выражающейся в процессах видообразования, В тесном взаимодействии геобиологической и таксономической систем органического мира протекает эволюция жизни на Земле. Одним из факторов этой эволюции стал чело­век, наше время взглянувший на биосферу из космоса (см. рис. 1). Вопрос о многоплано­вом воздействии человека на биосферу будет рассмотрен в разделе «Человек и жизнь планеты». Но прежде чем переходить к этой теме, нам надлежит рассмотреть ряд Чисто биологических законов, среди которых, как уже Отмечалось, центральное место занимают законы биоло­гической эволюции.

• ← Вступ
• Біологічна еволюція →